[发明专利]一种基于HMAC的感知干扰对抗方法

说明书

技术领域

本发明属于认知无线电频谱感知技术领域，具体涉及一种基于HMAC的感知干扰对抗方法。

背景技术

认知无线电被认为是一种解决无线通信领域频谱未被充分利用问题的方法，通过频谱感知来识别未被使用的频谱，未经授权的用户可以伺机接入相应的频谱；然而，频谱感知容易受到各种攻击，模仿主用户攻击(PUEA)就是其中比较典型的一种，因此需要引入相应的抗干扰机制来提高频谱感知技术的抗干扰能力。鉴于当前PUEA抗干扰方法在检测重放攻击方面的有限检测能力，故需要一种PUEA的抗干扰机制能抵御攻击者的攻击信号为转发之前收到主要用户发送的信号的检测重放攻击，本发明就是为满足这样一种需要产生的。

单独将Urkowitz等人提出的能量检测[H.Urkowitz,“Energy detection of unknown deterministic signal”,Proc IEEE,vol.55,no.4,pp.523-531,Apr.1967.]应用于PUEA抗干扰时，当攻击者有能力模仿主用户信号的能量特征时，这一方法将失去效用，此外，这种机制无法抵御重放攻击。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术上述的不足，提供一种基于HMAC的感知干扰对抗方法，该方法解决现有的在攻击者发送的攻击信号为之前PU发送的信号时的检测性能不足的问题。目前，该方法是首先使用的能量检测来判定相应的频谱是否被主用户(PU)占据，当判定相应的频谱被主用户占用时，将会应用基于HMAC的安全频谱感知方法来确定频谱是真正被PU占用还是被攻击者(MU)占用。本发明不仅可以准确检测和区分恶意用户，而且相对于现有的能量检测和基于AES的检测方法，在MU的判定上有巨大的性能优势，特别在攻击者的攻击信号为转发之前收到主要用户发送的信号时，即重放攻击。

本发明所要解决的问题是：频谱感知中模仿主用户攻击(PUEA)这种安全问题。

本发明所提出的技术问题是这样解决的：一种基于HMAC的感知干扰对抗方法，其具体流程如图1所示，包括以下步骤：

步骤1.主用户产生伪随机序列或伪随机噪声并记为字段M；

步骤2.构建基于时间t的随机函数f(t)，该函数以时间为变量随机生成随机数；根据当前的时间利用函数f(t)随机产生一个随机数L；

将字段M作为Hash-based Message Authentication Code(HMAC)算法的输入，在共享密钥K的作用下产生一个长度与随机数L长度相同的摘要D；主用户将所产生的摘要D与字段M串联成信号H＝M||D，主用户将信号H向外发送；

步骤3.次级用户接收到外界的信号后，通过以下步骤分两步来判定是否存在攻击者；

步骤3-1.设定能量门限，其中，主用户与次级用户正常通信信号的能量不小于该门限；利用能量检测器对次级用户所接受到信号的能量进行检测；

若所接收信号的能量小于设定的能量门限，则判定主用户不存在，此时主用户与次级用户之间的通信频谱未被占用；否则，执行步骤3-2，对所接收信号是由主用户发送还是攻击者的重放攻击信号进行一步判定；

步骤3-2.若次级用户所接收信号的能量不小于设定的能量门限，则次级用户将接收到的信号H₁＝(M₁||D₁)分离并提取其中的字段M₁及摘要D₁，并利用随机函数f(t)在接收该信号时随机产生一个随机数L₁；

将字段M₁作为Hash-based Message Authentication Code(HMAC)算法的输入，在共享密钥K的作用下产生一个长度与随机数L₁长度相同的摘要D₂；不失一般性的设定主用户发送信号的时间与次级用户接收该信号的时间点相同，首先比较摘要D₂与摘要D₁的长度是否相同，若两者的长度不同，则判定所接收信号来自PUEA中的检测重放攻击；若两者长度相同，则进一步比较摘要D₂与摘要D₁所携带的信息是否相同，若相同，则判定次级用户(SU)所接收的信号来自真实的主用户(PU)，否者，判定为PUEA；

按上述方法即可判定主用户(PU)与次级用户(SU)在通信过程中是否存在攻击者。

本发明的有益效果是：